石墨爐原子吸收法測(cè)定馬鈴薯中的鉛和鎘

王曉，邵麗，滕振勇

（棗莊出入境檢驗(yàn)檢疫局，山東棗莊277000）

滕州享有“中國(guó)馬鈴薯之鄉(xiāng)”的美譽(yù)，獲有國(guó)家農(nóng)產(chǎn)品地理標(biāo)志認(rèn)證。然而近代工業(yè)生產(chǎn)中，工業(yè)“三廢”排入環(huán)境中，間接造成蔬菜產(chǎn)品中污染物的積累，致使其品質(zhì)變差。特別是鉛、鎘作為環(huán)境中主要的無(wú)機(jī)污染元素[1-2]，它的累積性、不可逆轉(zhuǎn)性和隱蔽性，嚴(yán)重危及人和動(dòng)物的健康甚至生命。測(cè)定馬鈴薯中的鉛、鎘含量對(duì)評(píng)價(jià)馬鈴薯品質(zhì)，促進(jìn)食品健康安全和馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

食品中鉛、鎘的分析方法主要包括原子吸收光譜法、原子熒光光譜法、ICP 發(fā)射光譜法[3]。其中原子吸收光譜法由于具有靈敏度高，操作簡(jiǎn)單、快速的特點(diǎn)，是較理想的分析鉛、鎘的方法。本實(shí)驗(yàn)旨在采用石墨爐原子吸收法，探究濕法消解的最優(yōu)化條件，來測(cè)定馬鈴薯中鉛、鎘等重金屬元素的含量，為進(jìn)一步研究、開發(fā)馬鈴薯提供科學(xué)的依據(jù)。

1 材料與儀器

1.1 材料與試劑

馬鈴薯產(chǎn)地為滕州；硝酸、高氯酸、過氧化氫、鹽酸均為優(yōu)級(jí)純；鉛、鎘標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液均為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)溶液（1 000 μg/mL）國(guó)家鋼鐵材料測(cè)試中心鋼鐵研究總院；實(shí)驗(yàn)用水均為超純水。

1.2 儀器與設(shè)備

HITACHI（日立）Z-2010 型原子吸收分光光度計(jì)；AL104 電子天平：梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；YND-1 遠(yuǎn)紅外耐酸堿控溫電爐：上海翔殷機(jī)電儀器廠制造。

2 方法

2.1 樣品前處理

馬鈴薯樣品經(jīng)洗凈后，用勻漿機(jī)打成勻漿，保存?zhèn)溆谩７Q取制備后樣品1 g～5 g（精確到0.001 g）于錐形瓶中，加入混酸放置消化，然后于電熱板上加熱消解至冒白煙，消化液呈無(wú)色透明或略帶黃色，放冷，定容至25 mL。同時(shí)做空白實(shí)驗(yàn)。前處理過程所有的玻璃器皿均需置于20%～30%HNO3溶液中浸泡24 h。

2.2 儀器工作條件的選擇及背景校正

采用塞曼方式[4-5]扣除背景。原子吸收分光光度計(jì)的工作條件見表1。

表1 原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定工作參數(shù)Table 1 Working parameters of determine trace element with atomic absorption spectrophotometer

3 結(jié)果與討論

3.1 單因素試驗(yàn)探究影響濕法消解的條件

常用處理樣品的方法有濕法消解[6-7]和微波消解[8-9]。濕法消解是最傳統(tǒng)的消解方法，且具有操作方便、設(shè)備簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)；微波消解簡(jiǎn)單、快速，但微波消解儀價(jià)格昂貴。本實(shí)驗(yàn)選用濕法消解。

3.1.1 混酸體系的選擇

常用的混酸的體系大致有以下幾種：HNO3-H2SO4，HNO3-HClO4，HNO3-H2O2。在相同消化時(shí)間、混酸比例的情況下，使用不同的混酸體系進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明HNO3-HClO4體系對(duì)馬鈴薯的消解效果最好，樣品溶液呈清亮透明的黃綠色，鉛、鎘吸光值分別為0.021 1、0.093 2；HNO3-H2O2體系略次之，鉛、鎘吸光值分別為0.018 2、0.074 1；HNO3-H2SO4體系最差，鉛、鎘吸光值分別為0.014 28、0.067 0。

3.1.2 混酸比例的選擇

在HNO3-HClO4混酸體系，相同消解時(shí)間下，控制混酸比例分別為2 ∶1，4 ∶1，6 ∶1 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，馬鈴薯中的鉛、鎘在混酸比例為4 ∶1 的條件下，消解效果較好，鉛、鎘的吸光值分別為0.019 0、0.095 4；在混酸比例6 ∶1 條件下略次之，鉛、鎘的吸光值分別為0.016 6、0.073 8；在混酸比例2 ∶1 條件下最差，鉛、鎘的吸光值分別為0.015 7、0.068 9。

3.1.3 消解時(shí)間的選擇

在選擇混酸為HNO3-HClO4，且比例為4 ∶1 的條件下，控制電加熱板溫度為150 ℃～200 ℃之間，消解時(shí)間分別為2、4、6 h 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，馬鈴薯中的鉛在6、4 h 時(shí)消解，吸光值分別為0.018 6、0.015 2；鎘在4、6 h 時(shí)消解，吸光值分別為0.089 1、0.082 3。在消解時(shí)間為2 h 時(shí)，樣品得不到完全消解。

3.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果分析

3.2.1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為探究馬鈴薯消解的最優(yōu)條件，選擇最優(yōu)化方案，本試驗(yàn)考慮混酸體系、混酸比例、消解時(shí)間3 個(gè)因素，以吸光度為試驗(yàn)指標(biāo)，選用L9（34）正交試驗(yàn)表進(jìn)行正交試驗(yàn)。正交設(shè)計(jì)表見表2。

表2 正交設(shè)計(jì)因素及水平表Table 2 Table of factor level of form factors and conditions

3.2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

正交試驗(yàn)結(jié)果見表3 和表4。

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Results of orthogonal experimental

表4 指標(biāo)計(jì)算結(jié)果Table 4 Result of targets

由試驗(yàn)結(jié)果可知，鉛消解的最優(yōu)化方案是C2B1A2，即在HNO3-HClO4混酸體系下，混酸比例為6 ∶1，消解時(shí)間為6 h 條件下，消解效果最好；鎘消解的最優(yōu)化方案是A2B2C1，即在HNO3-HClO4混酸體系下，混酸比例為4 ∶1，消解時(shí)間為4 h 條件下，消解效果最好。

3.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

分別取標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液（1.00 μg/mL）用空白基質(zhì)（3.2%HNO3）逐級(jí)稀釋至鉛、鎘濃度分別為20.00、10.00 ng/mL的標(biāo)準(zhǔn)工作液。選擇標(biāo)準(zhǔn)曲線法，以吸光度值（y）為縱坐標(biāo)，濃度（x）為橫坐標(biāo)進(jìn)行線性擬合，得回歸方程分別為y=3.670×10-3x+1.357×10-2，y=5.030×10-2x+2.874×10-2，相關(guān)系數(shù)分別為0.999 0，0.999 5。

3.4 回收率實(shí)驗(yàn)

以樣品的加標(biāo)回收率驗(yàn)證方法的準(zhǔn)確性，選擇高、中、低三個(gè)水平，分別做6 平行試驗(yàn)，測(cè)得各元素回收率值見表5。

表5 加標(biāo)回收率的測(cè)定Table 5 The recovery of the standard addition in sample（n=6）

由此可看出回收率集中在98.00%～101.3%之間，說明此方法有較好的回收率。

3.5 精密度實(shí)驗(yàn)和檢出限的測(cè)定

準(zhǔn)確稱取樣品11 份，在最優(yōu)化條件下進(jìn)行平行測(cè)試，結(jié)果見表6。

表6 精密度實(shí)驗(yàn)Table 6 Accuracy

由表可以看出此方法精密度集中在0.224 8 %～1.234 6%之間，說明此方法具有較高的精密度。對(duì)空白試樣進(jìn)行連續(xù)20 次平行測(cè)定，以檢出限[10-12]為3 sbl/s計(jì)算，得出鉛、鎘的檢出限分別為1.200、0.210 0 ng/mL。

3.6 實(shí)際樣品的測(cè)定

取馬鈴薯樣品在建立的最佳優(yōu)化方案下進(jìn)行濕法消解，然后吸取樣液和空白液在選擇的儀器工作條件下進(jìn)行上機(jī)測(cè)試。測(cè)得馬鈴薯樣品中鉛、鎘含量分別為0.035、0.048 mg/kg，均未超出國(guó)家食品鉛、鎘限量衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)采用石墨爐原子吸收法測(cè)定馬鈴薯中的鉛、鎘含量，通過選擇混酸體系、混酸比例、消解時(shí)間三個(gè)因素，建立正交試驗(yàn)，最終確定了濕法消解的最優(yōu)化條件，鉛在HNO3-HClO4為6 ∶1，消解時(shí)間6 h 的條件下，消解效果最好；鎘在HNO3-HClO4為4 ∶1，消解時(shí)間4h 的條件下，消解效果最好。該方法加標(biāo)回收率在98.00%～101.3%之間，精密度在0.224 8%～1.234 6%之間。本研究建立了一種能夠準(zhǔn)確測(cè)得馬鈴薯中痕量鉛和鎘的方法。

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